[发明专利]一种基于时变负荷扰动的MPC二次调频有功分配方法

说明书

本发明提供了一种基于时变负荷扰动的MPC二次调频有功分配方法，所述方法包括以下步骤：(1)根据被控系统中的动力学方程给出系统的连续时间状态空间模型；(2)将所述连续时间状态空间模型转化为离散模型，确定采样周期T；(3)建立考虑未来一段时域时变负荷扰动的MPC模型；(4)MPC模型求解。本发明充分考虑系统存在的约束以及未来负荷时变特性，在每一时刻都给出满足系统约束且抗干扰的控制输入，具有更高的安全性和可靠性，跟传统PI控制相比，能够较强地抵抗外界负荷波动，体现较好的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及一种电力系统控制技术领域的方法，具体涉及一种基于时变负荷扰动的MPC二次调频有功分配方法。

背景技术

电力系统中，区域发电和负荷需求的不平衡经常导致系统频率偏差以及区域间联络线功率的波动。电力系统中广泛应用的控制策略，负荷频率控制(LFC)是现代互联电网实现二次调频的重要手段。在单区域电力系统控制中，LFC将系统频率作为反馈调节信号，通过传统的PI控制器给出AGC机组的出力参考值；在多区域电力系统中，通过测量区域控制偏差(ACE)信号，利用反馈调节机制，使得ACE到达0，从而实现频率和联络线功率的稳定调节。这种方法本质上是基于目前有功功率偏差来调整未来的发电，在时间上滞后，没有考虑负荷未来的变化。同时，电力系统中存在的一些物理性约束如机组爬坡速率以及出力上下限约束等，在这种情况下PI控制器无法保证系统安全高效的运行。

模型预测控制(MPC)是一种先进的过程控制方法，又称滚动时域控制，其原理是：通过求解特定系统未来有限时域最优化问题得到一个未来时域的最优控制输入序列，但只有该序列的第一个元素被应用于当前时刻系统控制中，下一采样周期重复进行上述过程。近年来，随着间歇性能源并网规模不断扩大，使得电网有功出力的随机波动幅度大幅增加，同时电网中不平稳的冲击性负荷容量急剧增加，存在的这些问题对负责电网二次调频的AGC系统的动态响应控制性能提出了更高的要求。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于时变负荷扰动的MPC二次调频有功分配方法，MPC在对电力系统模型进行预测控制的同时能够考虑到未来负荷的变化，在系统快速响应、处理系统约束、干扰、非线性以及参数不确定性等方面优于PI控制，能够有效减少不确定性和负荷波动对系统稳定性的冲击。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种基于时变负荷扰动的MPC二次调频有功分配方法，所述方法包括以下步骤：

(1)根据被控系统中的动力学方程给出系统的连续时间状态空间模型；

(2)将所述连续时间状态空间模型转化为离散模型，确定采样周期T；

(3)建立考虑未来一段时域时变负荷扰动的MPC模型；

(4)MPC模型求解。

优选的，所述步骤(1)中，所述被控系统包括机组发电机、调速器、一次调频和二次调频模块；

所述动力学方程包括系统频率偏差的动力学方程、调速器动力学方程和汽轮机动力学方程；

系统频率偏差作为输出变量，AGC机组参考出力变化作为控制输入变量，负荷变化量作为系统干扰。

优选的，所述步骤(2)中，所述离散模型需满足如下条件：

1)在每一个采样时间周期内，初始状态为该周期起始采样时刻系统的状态；2)在采样时间周期内控制输入变量保持不变并等于起始采样时刻控制输入变量瞬时值。

优选的，所述步骤(3)中，根据所述被控系统各模块的物理特性，给出相应的状态约束条件；

确定MPC模型中预测时段和控制时段以及各变量在目标函数中的权重矩阵；